發(fā)布時間：2017-08-19 11:03

  本文關鍵詞：超聲波對微流控芯片注塑成型質量影響的研究

  更多相關文章： 微注塑 微流控芯片 超聲波 微結構復制度

【摘要】：當聚合物微流控芯片的微溝槽橫截面為矩形并且具有較大的深寬比時,由于聚合物熔體的粘度隨溫度下降而迅速增高,使得單一的微注塑成型方法容易在充模過程中發(fā)生聚合物熔體在模具型腔鑲塊的微結構凸起的根部處的充填流動性差,難以對型腔鑲塊微結構凸起的根部直角實現(xiàn)高精度復制。如何克服微尺度效應而成型出質量穩(wěn)定的微結構塑件已成為微注塑成型技術研究領域亟待解決的關鍵問題,為此本文以微流控芯片為研究對象,將超聲波引入微注塑成型過程,以改善微結構制品的注塑成型質量為目標,進行了以下研究工作。首先分析了國內外的已有研究成果,探討微觀尺度下聚合物熔體的流動行為,研究各種微尺度現(xiàn)象對微結構充填的影響,以及微注塑過程中不同于宏觀注塑的現(xiàn)象,如壁面滑移、粘性耗散等很多宏觀下能忽略的現(xiàn)象,在微尺度情況下會對熔體的流動造成很大影響,對微結構填充影響很大,不可忽略。并介紹成型微流控芯片的不同方法,對比不同方法的優(yōu)劣,以及超聲波應用于微注塑成型過程的進展。其次,設計了超聲波輔助微注塑成型模具,將超聲振子直接作為模具型腔的一部分,利用超聲波的高頻振動作用,改變聚合物熔體的分子取向,降低聚合物熔體粘度,促進聚合物熔體的充模流動與對模具型腔微結構處的填充。設計了微溝槽深、寬尺寸為80μm×100μm的聚合物微流控芯片,分別以UV-LIGA方法和微細電火花技術制作模具型腔的微結構鑲塊。并通過Moldflow模流分析軟件對模具型腔的充填過程進行了模擬；通過Ansys軟件對關鍵零件超聲振子進行了受力分析。最后,對于將微結構鑲塊與靜止的定模鑲塊進行固定連接以及將微結構鑲塊與動模一側的超聲振子進行固定連接的這兩種成型方案,通過超聲輔助微注塑成型實驗,分別研究了模具微結構鑲塊在靜止和發(fā)生超聲振動的狀態(tài)下,對注塑制品微結構成型質量的影響。研究了注塑工藝參數(shù)的變化對微結構復制度的影響,其中主要研究了超聲波參數(shù)的變化對模具微結構型腔填充程度的影響,探索了超聲波參數(shù)對聚合物微流控芯片微結構成型質量的影響規(guī)律。通過改變工藝參數(shù)組合,進行試驗,以得到高質量、滿足使用要求的微流控芯片。
【關鍵詞】：微注塑 微流控芯片 超聲波 微結構復制度
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN492;TQ320.66
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 課題研究背景與意義9-10
• 1.2 國內外研究概況10-17
• 1.2.1 微流控芯片成型方法的研究概況10-11
• 1.2.2 微注塑成型的研究概況11-13
• 1.2.3 超聲波應用于微注塑的研究概況13-17
• 1.3 研究目的與內容17-19
• 2 微結構鑲塊靜止的超聲輔助注塑成型實驗19-48
• 2.1 超聲輔助微注塑模具設計19-24
• 2.1.1 模具總體結構19-21
• 2.1.2 超聲振動系統(tǒng)21-24
• 2.2 UV-LIGA方法加工的微結構鑲塊24-25
• 2.3 注塑充填模擬與振子受力分析25-27
• 2.3.1 Moldflow模擬充填過程25-26
• 2.3.2 超聲振子的受力分析26-27
• 2.4 實驗設備與注塑材料27-31
• 2.4.1 實驗設備27-30
• 2.4.2 注塑材料30-31
• 2.5 注塑成型實驗參數(shù)31-32
• 2.6 微流控芯片的微溝槽成型質量32-48
• 2.6.1 注射速度對微結構填充的影響32-34
• 2.6.2 注射壓力對微結構填充的影響34-35
• 2.6.3 超聲功率對微結構填充的影響35-40
• 2.6.4 超聲時間對微結構填充的影響40-48
• 3 微結構鑲塊與超聲振子集成的注塑成型實驗48-58
• 3.1 微結構鑲塊的安放48
• 3.2 微細電火花方法加工的微結構鑲塊48-53
• 3.3 注塑成型實驗參數(shù)53-54
• 3.4 微流控芯片的微溝槽成型質量54-58
• 3.4.1 超聲時間3s的實驗結果54-56
• 3.4.2 超聲時間5s的實驗結果56-58
• 4 微結構鑲塊超聲振動的可視化模具設計58-61
• 4.1 可視化窗口的設置58-59
• 4.2 可視化窗口的受力分析59-61
• 結論61-62
• 參考文獻62-66
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況66-67
• 致謝67-68

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本文編號：700331